带你读懂测绘4D产品

随着测绘技术和计算机技术的结合与不断发展，地图不再局限于以往的模式，现代数字地图主要由DOM（数字正射影像图）、DEM（数字高程模型）、DRG（数字栅格地图）、DLG（数字线划地图）以及复合模式组成。
　　一、简介
　　1、DOM (数字正射影像图)：利用航空相片、遥感影像，经象元纠正，按图幅范围裁切生成的影像4D效果数据。 它的信息丰富直观，具有良好的可判读性和可量测性，从中可直接提取自然地理和社会经济信息。
　　2、DEM (数字高程模型)：数字高程模型是以高程表达地面起伏形态的数字集合。可制作透视图、断面图，进行工程土石方计算、表面覆盖面积统计，用于与高程有关的地貌形态分析、通视条件分析、洪水淹没区分析。
　　3、DRG (数字栅格地图)：数字栅格地图是纸制地形图的栅格形式的数字化产品。 可作为背景与其他空间信息相关，用于数据采集、评价与更新，与DOM、DEM集成派生出新的可视信息。
　　4、DLG (数字线划地图)：现有地形图上基础地理要素分层存储的矢量数据集。数字线划图既包括空间信息也包括属性信息，可用于建设规划、资源管理、投资环境分析等各个方面以及作为人口、资源、环境、交通、治安等各专业信息系统的空间定位基础。
　　二、采集方法
　　1、数字高程模型(DEM)：数字高程模型的数据采集通常包括以下几种方法：
　　（1）：地面测量：利用自动记录的测距经纬仪（常用电子速测经纬仪或全丫经纬仪）的野外实测。这种速测经纬仪一般都有微处理器，可以自动记录和显示有关数据，还能进行多种测站上的计算工作。其记录的数据可以通过串行通讯，输入计算机中进行处理。
　　（2）：现有地图数字化：利用数字化仪对已有地图上的信息(如等高线)进行数字化的方法,目前常用字数字化仪有手扶跟踪数字化仪和扫描数字化。
　　（3）：空间传感器：利用全球定位系统GPS,结合雷达和激光测高仪等进行数据采集。早在2000年，美国“奋进”号航天飞机在结束了9天的绕地飞行后，采用星载成像雷达和合成孔径雷达等高新技术，采集了地球上人类所能正常活动地区（约占地表总面积的80%）的地面高程信息，经处理可制成数字高程模型和三维地形图。
　　此次计划所取得的测绘成果，覆盖面大、精度高、有统一的基准，不但在民用方面应用广泛，而且在导弹发射、战场管理、后勤规划等军事活动中具有重要价值，因此引起了各国军界和传媒的广泛关注。
　　2：数字摄影测量方法：这是DEM数据采集最常用最有效的方法之一。利用附有的自动记录装置（接口）的立体测图仪或立体坐标仪、解析测图仪及数字摄影系统，进行人工、半自动或全自动的量测来获取数据。
　　3：LIDAR +CCD相机：LIDAR也叫机载激光雷达，是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统，是由GPS（全球卫星定位系统）、INS（惯性导航系统）和激光测距三大技术的集成应用系统。如加拿大OPTECH公司生产的ALTM3100系统和德国 IGI公司生产的LiteMapper5600系统，ALTM3100和LiteMapper5600机载激光扫描遥感系统同时还集成了CCD相机，它与激光探测与测距系统协同作业，同步纪录探测点位的影像信息。
　　因此它可直接获取一个地区高精度的数字高程模型（DEM）、数字地表模型（DTM）、数字正射影像图（DOM）, 由于这种方法可以直接获取高精度的正射影像数据，免去了影像处理的环节，它的成果可以广泛应用于城市测绘、规划、林业、交通、电力、灾害等部门。
　　4:、数字栅格地图（DRG）：数字栅格地图是通过一张纸质或其他质地的模拟地形图，由扫描仪扫描生成一维阵列影像，同时对每一系统的灰度（或分色）进行量化，再经二值处理、图形定向、几何校正即形成一幅数字栅格地图，需要经过以下几个步骤：
　　（1）图形扫描：采用扫描分辨率不低于500dpi的单色或彩色扫描仪扫描。
　　（2）图幅定向：将栅格图幅由扫描仪人材变换为高斯投影平面直角坐标。
　　（3）几何校正：消除图底及扫描产生的几何畸变。可以采用相关软件对栅格图像的畸变进行纠正，纠正时要按公里格网进行，通过仿射变换及双线性变换，实现图幅纠正。
　　（4）色彩纠正：用PHOTOSHOP等软件进行栅格图编辑轰动单色图按要素人工设色，对彩色图作色彩校正，为使色彩统一，应按规定的RGB比例选择所用的几种色调。
　　5、数字正射影图（DOM）：数字正射影像图是利用数字高程模型（DEM）对经扫描处理的数字化航空像片或高空采集的卫星影像数据，逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影数据集。
　　对于航空像片,利用全数字摄影系统,恢复航摄时的摄影姿态,建立立体模型,在系统中对DEM进行检测、编辑和生成，最后制作出精度较高的DOM。
　　对于卫星影像数据，可利用已有DEM数据，通过单片数字微分纠正生成DOM数据。
　　6、数字线划地图（DLG）：数字线划地图是基础地理信息系统的核心数字产品，它采集方法很多，主要包括以下几个方面：
　　（1）平板仪测量：夹板仪测量采集的是非数字产品，它最终生成的成果是纸质或薄膜地图。它要生成DLG还需要经过内业数字化、编辑处理。目前，平板仪测量已经不是GIS野外数据采集的主要手段，它正逐渐被全野外数字测量所取代。
　　（2）全野外数字测量：利用电子手簿、便携机或掌上电脑与全站仪相连，测量结果直接以数字形式存储，不需要经过内业数字化处理。
　　（3）GPS测量：采用实时动态GPS测量系统，用两台或更多台GPS接收机来协同工作，将一台接收机作为基站，放在已知点上，其他接收机对空间目标测量，采集的数据存放便携电脑或掌上电脑中。
　　（4）地图数字化：地图数字化有两种作业方式：手扶跟踪数字化和扫描矢量化。手扶跟踪数字化是使用数字化仪进行地图数字化，扫描矢量化是通过专用软件对扫描处理后的数字栅格地图进行屏幕跟踪矢量化。
　　（5）摄影测量：摄影测量经历了模拟摄影测量和解析摄影测量阶段，随着计算机技术及其应用的发展以及数字图像处理、模式识别、计算机视觉等学科的发展，现已进入数字摄影测量阶段。长期以来，摄影测量在基本比例图生产中占据着胡里非常重要的位置，特别是发展到今天的数字摄影量阶段，摄影测量以其高效快速、生成数据产品齐全而发挥着着其他测量手段无法比拟的作用。
　　三、表示方法
　　1、数字高程模型（DEM）
　　（1）数学方法：用数学方法来表达，可以采用整体拟合方法即根据区域所有的高程点数据，用傅立叶级数和高次多项式拟合地面高程曲面。也是用局部拟合方法，将地表复杂表面正方形规则区域或面积大致相关的不规则区域，根据有限个点拟合形成高程曲面。
　　2、图形方法
　　（1）线模式：等高线是表示地形最常见的形式。其他的地形特征线也是表达地面高程的重要信息源，如山脊线、谷底线、海线及坡度变换线等。
　　（2）点模式：用离散采样数据点建立DEM是常用的方法之一。数据采样可以按规则格网采样，可以是密度一致的或不一致的；可以是不规则采样，如不规则三角网、邻近网模型等；也可以有选择性采样，采集山峰、洼坑、隘口、边界等重要特征点。
　　（3）数字栅格地图（DRG）：数字栅格地图的表示方法一般用数学矩阵表示，以简单的文件格式存储在计算机中。栅格地图每一位置点应矩阵中的一个元素，栅格地图的最终产品以LZW压缩存储。
　　（4）数字正射影像图（DOM）：DOM是利用数字化的航空像片影像或数字遥感影像，经几何改正和镶嵌，按一定图幅范围生成的数字正射影像集。DOM包含三个数据层：注记层、格网修饰层、正射影像数据层，其中前两层为矢量数据、最后一层为栅格数据。正射影像地图使用的是一中矢量——栅格混合数据模型表示，这使得它既具有矢量格式数据的高精可量测特征，又具有景仰数据直观、信息丰富等特征。
　　（5）数字线划地图（DLG）：数字线划地图采用矢量模型表示，矢量模型有两种：面片（Spaghetti）数据模型和拓扑数据模型。
　　面片模型中点用空间坐标（x,y,z）表示，线用组空间坐标表示，而面有由封闭的线（即多边形）来表示。矢量数据的属性信息在计算机中利用附加不同的编码来区分在表现号来描绘；面可以用不同图案、不同颜色来表示。
　　在拓扑模型中，多边形的被分割成一系列的弧和节点，节点、弧及多边形之间空间关系在属性表中定义。各种空间要素的拓扑关系包括点—点、点—线、点—面、线—线、线—面、面—面等多种形式。
　　四、GIS应用
　　1、DEM的应用，在于通过计算机采用一定的算法，能够很方便地将DEM数据转换为等高线、透视图、断面图、坡度图以及专题图等各种衅解产品，或者按照用户的需求计算出体积、空间距离、表面覆盖面积等工程数据和统计数据以及进行通视分析、域特征地貌与地形自动分割等。
　　2、DRG可作为背景用于数据参照或修测其他地理相关信息，用于数字线划地图（DLG）的数据采集、评价和更新，还可与数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）等数据信息集成使用，派生出新的可视信息，从而提取、更新地图数据，绘制纸质地图。
　　3、DOM具有精度高、信息丰富、直观真实等优点，可用作为背景控制信息，评价其他数据的精度、现实性和完整性；可从中撮自然资源和社会发展信息，为防止灾害和公共设施建设规划等提供可靠依据；还可从中提取和派生新的信息，实现地图的修测更新。在城市测绘领域，DOM被广泛应用于城市规划设计、交通规划设计、城市绿化覆盖率调查、城市建成区发展调查、风景名胜区规划、城市发展与生态环境调查与可持续发展研究等诸多方面，取得了显著的社会与经济效益。
　　4、DLG满足地理信息系统进行各种空间分析要求，视为带有智能的数据。可随机地进行数据选取和显示，与其他几种产品叠加，便于分析、决策。
　　4D产品构成了地理信息系统的基础数据框架，是其他信息空间载体，用户可依据自身的要求，选择适合自己的基础数据产品，研制各种专题地理信息系统。如在电力管理信息系统中引入适当的GIS系统，可以为电力管理提供行之有效的辅助决策方法；地理信息系统应用于地名数据库管理，提高人们对城市的监控能力；地理信息系统应用于房地产管理，将空间数据与大量的非空间数据（属性数据）结合起来，为维护主地产市场正常、高效运行发挥重要作用；地理信息系统应用于规划管理，提高办事效率，而且利用矢量数据（DLG）与栅格数据（DOM）相结合，使GIS的信息表达更加丰富，形象生动，而且为系统交通、管线、通信、银行、土地等部门。
　　随着国家将基础测绘列入国民经济和社会发展计划，全国许多省市政府把基础地理数据产品建设作为省级基础测绘的重点，目前，全国1：5万基础地理数据的更新和建库已经完成，1：1万基础地理数据的更新和建库正在建设中。
　　做为城市测绘部门，在不断完善大比例尺基础地理数据产品的更新和建库，建立一个良性数据更新，维护体系的同时，应建立基于中小比例尺数字产品的基础地理产品库，并在此基础上做深层次的开发应用，最终纳入到基础地理信息系统的管理中。目前数字城市作为城市建设的一个热点，已得到各级政府的广泛重视，有些地区已进入前期的实施阶段，基础地理信息数据库作为数字城市的基础框架，在数字城市的建设中发挥着重要作用。

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